JP5151174B2 - エンジンの発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに用いられる発電機の発電量を制御する発電制御装置、特に、エンジンの駆動状態の変動に応じて発電量を適正値に維持できる発電制御装置に関する。

車両にはエンジンにより駆動されて車載のバッテリ及び車両用電気負荷に電力を供給する発電機が搭載される。この車両用の発電機は、バッテリの定格電圧に応じた発電電圧が得られるよう発電制御される。通常、エンジンの回転に同期して駆動する発電機は、例えば、図１２に示すように、発電電圧が増減変動し、バッテリの定格電圧が、例えば、１４Ｖの場合、その電圧を維持するには発電機の回転速度を所定の値Ｎｅ１の近傍に保持する必要がある。
ところが、エンジンの回転数（回転速度）は、エンジンに加わる負荷が車両の走行抵抗やエンジン補機の駆動抵抗に応じて変動することにより変動すると、これに同期して駆動する発電機の発電電圧も変動する。特に、発電電圧が増変動する状態が続くと、車載の各種センサやインジェクタ等の電気装置類が破損する虞がある。

このような事態を回避し得る従来の発電制御装置としては、例えば、特開２００５−１２４３２８号公報（特許文献１）に開示される同期発電機の出力制御装置が知られている。この出力制御装置では、三相交流を整流する全波整流回路を備え、これに接続されたレギュレータにより過度の発電駆動を抑制するようにしている。さらに、この出力制御装置は、加速運転時に発電電圧を低く設定して発電を制限し、定常運転時に発電電圧を高く設定して発電制限を解除する発電制御部を設けている。このように、特許文献１の同期発電機の出力制御装置では、レギュレータを駆動することで、運転状態に応じて発電駆動を抑制すると共に、発電電圧の高低を切換えるようになっている。

ところで、同期発電機の本体内に発電量を増減制御する発電量制御デバイスを設け、これを機械的に切換えることで、発電電圧を目標発電電圧に保持する同期発電機が知られている。このような同期発電機は、そのロータ側の磁石をステータ側のステータコイルに対して相対回転させることでステータコイル側に三相交流を発生させる。この場合、ロータの外周の磁石とステータの内周壁との環状隙間には、発電量制御デバイスとしての環状の制御籠が所定量回動可能に配設される。この制御籠が回転方向に切換え移動されることで、ステータコイルが受ける磁力線の量が増減調整され、これによりステータコイルに励起される電流が増減し、発電量が調整される。

特開２００５−１２０９０５号公報

機械的に切換え移動する発電量制御デバイスを有した同期発電機では、その発電制御において、目標発電電圧（例えば、１４Ｖ）に対する実発電電圧（エンジン回転数に応じた値）の偏差を求めた上で、偏差を打ち消す方向に発電量制御デバイスを切換え駆動しており、例えば、図１３に示す目標制御値（符号ａ１の２点鎖線）をＰＩ制御により演算している。この場合、目標制御値（ＰＩ制御値）相当の出力で発電制御デバイスを駆動し、その結果の実発電電圧をフィードバックし、これと目標発電電圧のずれを求め、再び、実発電電圧と目標発電電圧の偏差（図１２の符号Δｖ）を打ち消す方向に発電量制御デバイスを切換え駆動するというフィードバック制御を行っている。

この発電制御において、発電制御デバイスに作動遅れがないと発電電圧修正のための補正値が目標制御値ａ１とほぼ同時期（図１３に実線ａ２で示す）に変位し、実発電電圧は目標発電電圧１４Ｖの近傍で比較的小変動幅（図１３に実線Ｖａで示す）の範囲に抑えられる。ところが、発電制御デバイスの切換え変位に応答遅れが比較的大きく生じた場合（図１３に２点鎖線ａ３で示す）、実発電電圧の修正が遅れて行われる。

この場合、２点鎖線ａ３（図１３参照）で示すように、実発電電圧の修正遅れ（符号ｒ１）が生じると、実発電電圧Ｖｎは目標発電電圧１４Ｖに対して比較的大きな変動幅（図１３に２点差線Ｖｂで示す）で変位する。このように、発電電圧が大きく変動する事態が続くと、車載の各種センサや、インジェクタ等の電気装置類の作動に悪影響を与える虞がある。
そこで、本発明は、目標発電電圧に対する実発電電圧の変動幅を抑制し、電気装置類の破損を防止できるエンジンの発電制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの駆動に応じて発電する発電機と、前記発電機の発電量を増減させる発電量制御デバイスの応答遅れを見越して前記エンジンの回転数を予測する回転数予測手段と、前記回転数に応じて前記発電機の目標発電電圧を設定する目標発電電圧設定手段と、前記目標発電電圧に対する前記発電機の実発電電圧のずれを無くすよう前記発電量制御デバイスを制御する制御手段と、前記エンジンの駆動が定常と過渡のいずれの状態かを判定する駆動状態判定手段と、を備え、前記回転数予測手段は、前記駆動状態判定手段が定常状態であると判定したときには、所定のデータ取得期間中に得られた時間と、前記データ取得期間中での前記エンジンの実回転数の変化との関連データに基づき、前記データ取得期間後の前記回転数の予測を行い、前記駆動状態判定手段が過渡状態であると判定したときには、前記エンジンの出力トルク、前記エンジンに接続された動力伝達系部品の消費トルク、前記動力伝達系部品の慣性モーメントを用いて求めた前記エンジンの回転変化量に基づき、前記回転数の予測を行うことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のエンジンの発電制御装置において、前記制御手段は、フィードフォーワード制御により前記制御を行うことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発電量制御デバイスの差動遅れによる目標発電電圧のずれが打ち消されるよう制御されるので、発電電圧のハンチングを抑制できる等、適正な発電電圧制御を行うことができる。
特に、エンジンが定常運転状態のときに定常運転域での予測回転数演算を行うので、簡単に精度良く回転数を予測することができ、エンジンが過渡運転状態のときに、過渡運転域での予測回転数演算を行うので、エンジンに接続される動力伝達系部品の接続状態に応じた回転負荷特性を反映させた予測回転数を応答性良く算出できる。

請求項２の発明によれば、フィードフォーワード制御を用いることで、発電量制御デバイスの作動遅れを回避でき、発電電圧のハンチングを抑制できる等、適正な発電電圧制御を行うことができる。

図１には本発明の一実施形態としてのエンジンの発電制御装置を装備する４サイクル４気筒ガソリンエンジン（以後、単にエンジンと記す）１を示した。
このエンジン１は直噴式火花点火式エンジンであり、エンジン長手方向に沿って互に等間隔で複数、ここでは４つのシリンダＣが順次配設されている。各シリンダＣには燃料噴射弁２によって燃料噴射が成され、吸気路ＩＲのスロットル弁４で調量された吸気が流入し、点火プラグ３により混合気への点火が成され、排気ガスが排気路ＥＲに排出されている。このような燃焼駆動によりエンジン１は不図示のピストンクランク機構が燃焼エネルギーを回転エネルギーに変換し、これにより得られた回転力をクランク軸５より動力伝達系ＰＴを介し駆動輪Ｗに伝達している。

エンジン１のクランク軸５にはクランク角１０°毎に発せられる単位クランク角信号Δθ、気筒判別信号（基準信号）θｃを検出するクランク角センサ６（図１には概略的に示した）が配備され、この検出信号は後述のコントローラ（電子コントロールユニット：ＥＣＵ）７に出力されている。
図１に示すように、点火プラグ３にはコントローラ７に制御される点火ユニット８が接続され、コントローラ７が各気筒の点火プラグ３を駆動する。燃料噴射弁２にはコントローラ７に制御される燃料供給装置９が接続され、コントローラ７が燃料噴射弁２に適時に燃料を噴射制御する。ここで、コントローラ７からの噴射信号が燃料噴射弁２に入力されることで、同燃料噴射弁２が噴射信号に応じた噴射駆動を行う。

クランク軸５に接続された動力伝達系ＰＴは、クランク軸５に固着されるフライホイール１１をロータとして兼用したスタータダイナモ１２と、フライホイール１１の回転を断続調整して出力するトルコン１３と、トルコン１３の回転を正逆切換える回転切換機構１４と、回転切換機構１４の回転を受けると共に変速してギヤ列１７に出力するＣＶＴ変速機１５と、ギヤ列１７からの回転を左右の駆動輪Ｗ側に分岐して伝達するディファレンシャル装置１８とを備える。
図１に示すように、動力伝達系ＰＴ上のトルコン１３は、フライホイール１１側のポンプ２２と、出力軸１３１と一体のタービン２１と、ポンプ２２とタービン２１の間の流体摩擦調整用のステータ１９とを備え、入出力回転差を許容して回転伝達を行う。なお、トルコン１３にはその出力軸１３１とフライホイール１１を断続切換えるロックアップクラッチ２０が併設される。

図１に示すように、ＣＶＴ変速機１５は、プライマリプーリ（入力軸プーリ）２３、セカンダリプーリ（出力軸プーリ）２４、及びこれらの間に巻掛けられたスチールベルト２５から成り、駆動側プーリ２３と従動側プーリ２４の各巻き径が大小切換えられることでエンジン回転数Ｎｅを増減変速する機能を備える。
図１乃至図３、及び図５に示すように、スタータダイナモ１２は、トルコンケーシング３０に支持された環状のステータ２７と、ステータ２７の内側で回転するロータとしてのフライホイール１１と、フライホイール１１とステータ２７との間の環状隙間に同心的に配備され、相対移動可能な発電量制御デバイスとしての制御籠３８とを有する。

ステータ２７はその内周方向において等間隔で内方に突出する複数の鉄心部３４を備え、各鉄心部３４に三相巻線（ステータコイル３３）がそれぞれ巻回されている。このステータ２７の内側に同心的にロータとしてのフライホイール１１が配備されている。フライホイール１１はエンジン１のクランク軸５に直結されるロータ部２８と、ロータ部２８の外周に一体的に接合された複数のマグネット２９とを有する。各マグネット２９はロータ部２８の外周に円周方向に沿って欠落部３１を介して順次配置される。
図３に示すように、ロータ部２８のボス２８１の外周対向部には環状の筒状体１０が同心的に配備されている。筒状体１０はその基端側（図３で左端）がエンジン本体側に支持される。この筒状体１０の先端側の内周壁でボス２８１の外周壁との対向部には、ロータ角度センサ（磁極センサ）３２が設けられる。

ボス２８１の外周壁にはロータ角度センサ３２に磁気作用を及ぼすよう着磁されたマグネットリング３５が嵌め込まれる。ロータ角度センサ３２に対応するマグネットリング３５の着磁帯には、ステータ２７とロータ部２８のマグネット２９との対向状態に応じて、円周方向に所定幅間隔で交互に配列されたＮ極とＳ極が形成されている。
なお、筒状体１０の外周面には導体リング７２が取り付けられ、これにはロータ部２８の外周の環状膨出部２８２の内周壁に固着された遠心離合式ブラシ７１が摺接する。この遠心離合式ブラシ７１は環状膨出部２８２内の不図示の複数の励磁コイルに電源側よりの電流を供給する。ここで不図示の複数の励磁コイルはこれが励磁状態（ロータの低回転時）にあるとロータ部２８の各マグネット２９の磁力を強めて発電特性を高め、非励磁状態（ロータの高回転時）にあると、ロータ部２８の各マグネット（電磁式）２９の磁力を弱めるよう機能する。これによってエンジンの高回転時における出力特性を確保し、無駄な発電を抑制している。

図２乃至図４に示すように、制御籠３８は環状でステータ２７の各鉄心部３４に対して所定間隔を介して対向配備される環状主部３８１と、環状に配備された鉄心部３４に対して対向するように突出する鉄心部３４と同数の突状部３８２と、環状主部３８１の側部より延出するガイド部３８３（図４参照）と、ガイド部３８３の一部に形成されるラック部３８４（図４参照）とを備える。
環状主部３８１はこれと一体のガイド部３８３が複数の摺動支持部５１（図３，４参照）を介してエンジン本体側の樹脂製の支持部材５２（図３参照）に摺動可能に支持される。この摺動支持部５１はコ字型断面を有し基端が支持部材５２に固着され、摺動支持部５１の二股状先端がガイド部３８３を挟持している。

図３、４に示すように、ガイド部３８３の外周面であって、一対の隣り合う摺動支持部５１間にラック部３８４が形成される。ラック部３８４はガイド部３８３の外周面上に複数の平歯を突出し形成している。ラック部３８４にはピニオン３７が噛合う。このピニオン３７はステップモータ５３に回転駆動される。ステップモータ５３は支持部材５２（図３参照）の一部に固定支持され、同ステップモータ５３はコントローラ７によって回転制御される。

図２に示すように、制御籠３８の各突状部３８２とステータ２７の各鉄心部３４は同数あり、各突状部３８２が各鉄心部３４と正対する位置（図２、図７（ａ）に実線で示す）にある場合、制御籠３８が基準位置Ｐ１に切換保持される。これに対し、図７（ｂ）に実線で示すように、ステップモータ５３の所定回転量に応じて、制御籠３８の各突状部３８２がステータ２７の隣り合う１対の鉄心部３４の中間部と対向する場合、制御籠３８が分離位置Ｐ２に切換え保持される。ここでステップモータ５３は適宜の目標位置Ｐｎｏの入力信号を受けると、現位置との偏差に応じて正逆方向に回転作動し、これに連動して制御籠３８の各突状部３８２が基準位置Ｐ１と分離位置Ｐ２との間（図２中の符号Ｓｅで示す回転域）の目標位置Ｐｎｏに切換えられる。なお、図２に示すように、制御籠３８の３つの突状部３８２とロータ部２８の１つのマグネット（電磁式）２９が同時に正対するように構成されている。

このようなスタータダイナモ１２が発電機として機能する場合、ロータ部２８が回転するのに応じて、マグネット２９と鉄心部３４との相対距離が変動し、鉄心部３４が受ける磁力線量が増減する。特に、制御籠３８の突状部３８２が基準位置Ｐ１と分離位置Ｐ２との間で切換わることによって各鉄心部３４に巻回されたステータコイル３３に誘起される電流量が増減する。即ち、ステップモータ５３により突状部３８２を基準位置Ｐ１と分離位置Ｐ２との間の目標位置Ｐｎｏへ切換え移動させることで、ステータ２７の各鉄心部３４に巻回されてなる三相巻線（ステータコイル３３）が励起する三相交流の電流を増減でき、後述の全波整流器４０で整流して得られる出力電圧Ｖｇが増減制御される。
このようなスタータダイナモ１２は、始動時にスタータとして機能する。図５に示すように、コントローラ７により後述の全波整流器４０がバッテリ３９からの電流を三相交流に変換し、これを受けたスタータダイナモ１２はそのロータ部２８と一体のクランク軸５を回動し、エンジン１を始動する。しかも、始動後は同期発電機として機能し、発電した電流でバッテリ３９を充電し、かつ不図示の電装部に電流を供給する。

スタータダイナモ１２のモータとしての動作は次の通りである。ロータ角度センサ３２で検出される回転角度に従ってステータコイル３３に順次電流が供給されることにより、マグネット２９を備えたロータ部２８（フライホイール１１）が磁力を受け回転駆動する。クランク軸５と一体のフライホイール１１の回転によってクランキングが開始され、着火回転数に達したならばエンジン１は自立運転を開始する。自立運転開始後は制御系統が発電機側に切換えられ、スタータダイナモ１２はエンジン発電機として動作する。
なお、スタータダイナモ１２のモータとしての動作時にはステップモータ５３が制御籠３８を基準位置Ｐ１に切換え保持する。これによって、ステータ２７の各鉄心部３４より突状部３８２を経てロータ部２８のマグネット２９に達する磁力線量を確保し、ロータ部２８側が受ける回転トルクを十分確保するようにしている。

図５にはスタータダイナモ１２の概略配線図を示した。同図において、コントローラ７にはスタータダイナモ１２で発生した三相交流を整流する全波整流器４０が接続され、全波整流器４０にはその出力を予定のレギュレータ目標電圧Ｖに制限するためのレギュレータ４１が付設される。ここでのコントローラ７は加速状態およびバッテリ電圧等によって発電量を制御する発電制御部Ａ４として機能する。なお、ロータ角度センサ３２の検出信号がコントローラ７に入力される。
図１に示すように、コントローラ７は双方向性バスによって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）７０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７０３、ＴＩＭ（タイマー）７０４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７０１、入力ポート７０５および出力ポート７０６を備える。コントローラ７は、図６に示すように、エンジンの燃料制御部Ａ１１（図６修正）と吸気制御部Ａ１２と点火制御部Ａ１３とからなるエンジン制御手段Ａ１と、回転数予測手段Ａ２と、目標発電電圧設定手段Ａ３と、発電制御手段（制御手段）Ａ４と、駆動状態判定手段Ａ５と、データ算出手段Ａ６あるいは回転変化量算出手段Ａ７の各制御機能を備える。

具体的には、燃料制御部Ａ１１はエンジン運転情報に応じた燃料噴射量を演算し、その燃料噴射量の噴射を燃料噴射弁２により行う。吸気制御部Ａ１２はアクセルセンサ７５からのアクセル開度θａや、負荷情報に応じてスロットル開度θｓを演算し、そのスロットル開度にスロットル弁４を制御する。点火制御部Ａ１３はクランク角情報（単位クランク角信号Δθ、気筒判別信号θｃ）及びエンジン運転情報に応じた点火時期を演算し、その点火時期に点火プラグ２を点火駆動する。
このようなエンジン制御手段Ａ１の働きでエンジンは駆動して、動力伝達系ＰＴに回転出力を伝達する。

次に、駆動状態判定手段Ａ５は、図１０にＡＰＳと記したアクセル開度θａあるいはスロットル開度センサ７２（図１参照）からのＴＰＳと記したスロットル開度θｓを求める。その上で、アクセル開度変化率θａ／ｄｔ、あるいはスロットル開度変化率θｓ／ｄｔを算出する。ここで、アクセル開度変化率θａ／ｄｔ、あるいはスロットル開度変化率θｓ／ｄｔが比較的低い場合に定常運転域ｃ１（図１０参照）を判定し、比較的高い場合に過渡運転域ｃ２（図１０参照）を判定する。
データ算出手段Ａ６の算出結果は、定常運転域ｃ１（図１０参照）を判定した際に採用される。ここでは、データ算出手段Ａ６は、所定のデータ取得期間ｅｎ（図８参照）中に得られたサンプリング時間（図８中のｔ１、ｔ２、・・・）と、データ取得期間ｅｎ中でのエンジン１の実回転数の変化（図８中の回転速度Ｎｅ）の関連データ、例えば、図８中の各データ取得期間ｅｎ中における実測値（●、■、★）のデータ分布特性を求める。

このデータ算出手段Ａ６に代えて、過渡運転域ｃ２（図１０参照）では、回転変化量算出手段Ａ７の算出結果が採用される。ここでは、エンジンのトルコン１３（動力伝達系部品）におけるトルクの収支をモデル化したときのモデル値に基づき単位時間あたりのエンジン１の回転変化量ΔＮβを求める。
回転変化量算出手段Ａ７は、図９に示すような、イナーシャ（慣性モーメント）Ｉｅを有するトルコン（回転伝達機器）１３のポンプトルクをＴｐとし、アクセル開度θａから求めた目標エンジントルクをＴｅとし、エンジン１に付設されるエンジン補機（例えば水ポンプ）の補機トルクをＴａとし、下記（１）式を用い、回転変化量ΔＮβを求める。

ΔＮβ＝（Ｔｅ−Ｔａ―Ｔｐ）／Ｉｅ×Δｔ×ｔｄ・・・・・・（１）
（１）式を用いるにあたり、まず、目標エンジントルクＴｅと負荷トルクであるポンプトルク（トルコンのポンプ２２のトルク）Ｔｐと補機トルクＴａを求める。なお、ｔｄはエンジン１に接続された部品（ここではトルコン１３）の作動応答性に起因する遅れ時間である。
ここでは、出力軸１３１のポンプ回転数Ｎｐをポンプ回転センサ７３で求めておく。その上でクランク軸５と出力軸１３１との回転差Δｎ（＝Ｎｅ−Ｎｐ）相当の値として不図示のマップより負荷トルクであるトルコン１３のポンプトルクＴｐを演算する。
更に、アクセル開度θａから目標エンジントルクＴｅを求める。更に、エンジン１の補機トルクＴａはエンジン回転数Ｎｅ相当の値として不図示のマップより演算する。

その上で、目標エンジントルクＴｅの減算値（＝Ｔｅ−Ｔａ−Ｔｐ）を単位時間あたりの値として算出する。更に、その減算値（＝Ｔｅ−Ｔｐ−Ｔａ）を動力伝達系のモデルのイナーシャ（慣性モーメント）Ｉｅで除算し、基本の回転変化量ΔＮ／Δｔ＝（Ｔｅ−Ｔｐ−Ｔａ）／Ｉｅを求める。更に、ここではトルコン１３の作動応答性を考慮し、これに起因する遅れ時間ｔｄを掛けて、実際の回転変化量ΔＮβ＝｛（Ｔｅ−Ｔｐ−Ｔａ）／Ｉｅ｝×Δｔ×ｔｄを求める。
なお、後述するように、この回転変化量ΔＮβ相当の回転変動量を経時的に順次加算していくことで、過渡時のエンジン回転数Ｎｅａ（←Ｎｅａ＋ΔＮβ（ｔｎ））を順次予測回転数Ｎｅａとして更新している。

次に、回転数予測手段Ａ２は、アクセル開度変化率θａ／ｄｔが比較的低く、定常運転域ｃ１の信号を受けた際には、定常運転域ｃ１での予測回転数演算処理Ｍ１を行う。
この定常運転域での予測回転数演算処理Ｍ１では、データ算出手段Ａ６で求めた、例えば、図８中の各データ取得期間ｅｎ中における実測値（●、■、★）のデータ分布特性を元に、回転数変動に応じた近似式である１次関数（Ｎｅ＝Ａ×ｔ＋Ｂ）を最小二乗法に基づき設定し、予測回転数Ｎｅａ（図８に記載の実測値：○、□、☆）を演算する。なお、本実施の形態では、近似式として１次関数式を用いているが、２次以上の関数式を用いることも可能である。

まず、データ分布特性より仮設定した１次関数（Ｎｅ＝Ａ×ｔ＋Ｂ）により、各計測時点（ｔ）における発電機回転数（＝ｆ（ｔ））と、実測した各計測時点（ｔ）における実モータ回転数Ｎｅｎ（図８に小形化して記載の実測値：●、■、★）との差分の二乗値の合計値を算出する。更に、その合計値が最小となるように、仮設定した１次関数（Ｎｅ＝Ａ×ｔ＋Ｂ）を修正し、設定を完了する。ここでは、図８におけるｅ１域の実線、ｅ２域の破線、ｅ３域の２点鎖線で示すように、各データ取得期間ｅｎにおいて、順次、１次関数が演算され、設定される。

データ取得期間（ｅ１，ｅ２・・・）において１次関数が演算されると、図８に示すように、その直後の遅れ時間（ｔｄ１、ｔｄ２・・・）の経過時の予測回転数Ｎｅａを算出する。この場合、１次関数（Ｎｅ＝Ａ×ｔ＋Ｂ）に遅れ時間（ｔｄ１・・・）を代入し、遅れ時間（ｔｄ１・・・）の経過時の予測回転数Ｎｅａ（Ｎｅ１，Ｎｅ２・・・）を求める。言い換えると、制御籠３８の切換えにおける応答遅れを見越して、即ち、遅れ時間（ｔｄ１、ｔｄ２・・・）の経過時に制御籠３８の各突状部３８２が実際に切換えられている位置Ｐｎｏ’（図７（ｂ）参照）に応じた予測回転数Ｎｅａ（図８における予測値：○、□、☆）をあらかじめ算出する。このため、得られた予測回転数Ｎｅａは実際に発生している定常時のエンジン回転速度となる。

更に、回転数予測手段Ａ２は、発電機回転数が比較的高く、過渡運転域ｃ２の信号を受けた際に、定常運転域ｃ１での予測回転数演算処理に代えて、過渡運転域ｃ２での予測回転数演算処理Ｍ２を行う。
この過渡運転域ｃ２での予測回転数演算処理Ｍ２では、スタータダイナモ１２（発電機）の発電量を増減する制御籠（発電量制御デバイス）３８の各突状部３８２がステータ２７に対向する際、基準位置Ｐ１と分離位置Ｐ２との間の所望の目標位置Ｐｎｏに切換わる際の応答遅れ（機械的作動遅れ）（例えば、図７（ｂ）に示す、目標位置Ｐｎｏの手前の位置Ｐｎｏ’）を考慮し、実際に達する位置Ｐｎｏ’を見越して、制御籠３８の各突状部３８２が応答遅れにより切換途中の実際の位置Ｐｎｏ’にある状態で得られる過渡運転域ｃ２での実際の回転変化量ΔＮβ＝｛（Ｔｅ−Ｔｐ−Ｔａ）／Ｉｅ｝×Δｔ×ｔｄを回転変化量算出手段Ａ７より取り込み、エンジン回転数Ｎｅ（ここでエンジン回転数と発電機回転数は同一）を予測する。

ここでは、回転変化量算出手段Ａ７で求めた、実際の回転変化量ΔＮβ＝｛（Ｔｅ−Ｔｐ−Ｔａ）／Ｉｅ｝×Δｔ×ｔｄを順次加算していく。更に、図１０の１制御周期の各時点（ｔ１，ｔ２・・・ｔｎ）毎に、過渡運転域ｃ２での予測回転数Ｎｅａを、過渡運転域ｃ２に入った際のエンジン回転数Ｎｅ１に各時点での回転変化量ΔＮβ（ｔｎ）相当の回転変動量ΔＮを順次加算して過渡時のエンジン回転数Ｎｅａ（←Ｎｅａ＋ΔＮβ（ｔｎ））を順次予測回転数Ｎｅａとして更新している。
目標発電電圧設定手段Ａ３は、回転数予測手段Ａ２で求めた予測回転数Ｎｅａ（Ｎｅ１，Ｎｅ２・・・）に応じて目標発電電圧Ｖｇｏを設定する。ここでは、図１２に示すような、エンジン回転数Ｎｅに応じた発電電圧Ｖｇの関連データを取得しておく。その上で予測回転数Ｎｅａに応じた目標発電電圧Ｖｇｏの特性を設定し、これを算出できるマップｍａｐ１（図６参照）を予め作成しておく。

発電制御手段Ａ４は、予測回転数Ｎｅａに応じた目標発電電圧Ｖｇｏのずれを無くすよう制御籠３８（発電量制御デバイス）の各突状部３８２をステップモータ５３を介して切換え制御する。
ここで発電制御手段Ａ４は、目標発電電圧Ｖｇを得るため、基準位置Ｐ１と分離位置Ｐ２との間に適宜設定される予測の切換え位置Ｐｎｏ’を得るため、制御上においては予測の切換え位置Ｐｎｏ’に相当する目標位置Ｐｎｏに制御籠３８（発電量制御デバイス）を切換えるフィードフォーワード制御を行う。この際、仮の目標位置Ｐｎｏに制御籠３８（発電量制御デバイス）が切換え制御が行われることで、応答性よく、予測の切換え位置Ｐｎｏ’へ切換え制御出来ることとなる。

次に、本発明のエンジンの発電制御装置における制御処理を説明する。
ここでは、図１のコントローラ７の各制御処理を、図１１の発電制御ルーチンに沿って説明する。
コントローラ７の制御処理が発電制御ルーチンへ移行すると、先ずステップｓ１において、アクセル開度センサ７１、スロットル開度センサ７２、ポンプ回転センサ７３及びその他エンジン運転情報が取り込まれる。更に、ステップモータ５３を基準位置Ｐ１に相当するステップ位置に修正保持する。

次いで、ステップｓ２ではアクセル開度θａのデータよりその変化率θａ／ｄｔ（ΔＡＰＳ）を演算し、同値が過渡運転域（図１０のｃ２域）を判定する閾値ＸＡＰＳを上回るか否か判断し、定常運転域（図１０のｃ１域）であり、上回ることがないとステップｓ４に、上回るとステップｓ３に進む。ステップｓ３では過渡運転域（図１０のｃ２域）であることより、過渡運転フラグＦＬＧ１をオンしてステップｓ４に進む。ステップｓ４では過渡運転フラグＦＬＧ１がオンか否か判断し、オフでステップｓ５に、オンでステップｓ６に進む。
定常運転域（図１０のｃ１域）でステップｓ５に達すると、ここでは、定常運転域ｃ１での予測回転数演算処理Ｍ１を行う。

図８に示すように、データ取得期間中（図８に示すｅ１）に得られた時間ｔ１、ｔ２、・・・と、発電機の実回転数（実測値：■、★・・・）との関連データを元に最小二乗法により時間と発電機回転数Ｎｅの１次の近似式（図８の実線参照）とを設定し、同近似式によりデータ取得期間ｅ１の直後の遅れ時間ｔｄ１の経過時の予測回転数Ｎｅａ（Ｎｅ１）を算出する。
次いで、ステップｓ７に達すると、今回演算の予測回転数Ｎｅａ（Ｎｅ１）相当の目標発電電圧Ｖｇをマップｍａｐ１（図６中のｍａｐ１参照）を用いて算出する。次いで、目標発電電圧Ｖｇｏを得るための予測の切換え位置Ｐｎｏ’を得るため、制御上は仮の目標位置Ｐｎｏに制御籠３８（発電量制御デバイス）を切換えるフィードフォーワード制御を行う。この際、直接、仮の目標位置Ｐｎｏに制御籠３８（発電量制御デバイス）を切換える制御を行うので、予測の切換え位置Ｐｎｏ’に切換えがなされ、応答性良く目標発電電圧Ｖｇが得られ、バッテリの定格電圧１４Ｖに対する変動幅の少ない、即ち、図１３に実線で示す、目標発電電圧Ｖｇに近い実際の発電電圧を得ることができる。

なお、このような処理は定常運転域（図１０のｃ１域）にある限り、経時的に繰り返され、順次、図８に示すデータ取得期間中（ｅ２、ｅ３・・・・）に同様に、データ取得期間中（ｅ１の場合と同様に、データ取得期間（ｅ２、ｅ３・・・・）の直後の各遅れ時間ｔｄ２、ｔｄ３・・・後の予測回転数Ｎｅａ（Ｎｅ２、Ｎｅ３・・・・）を定常運転域ｃ１での予測回転数演算処理により算出し、予測回転数Ｎｅａに応じた目標発電電圧Ｖｇｏを順次精度よく演算し、バッテリの定格電圧１４Ｖに対する変動幅の少ない、即ち、図１３に実線で示す、目標発電電圧Ｖｇに近い実際の発電電圧を得ることができる。
他方、ステップｓ４より過渡運転域（図１０のｃ２域）でステップｓ６に達すると、ここでは、過渡運転域ｃ２での予測回転数演算処理Ｍ２を行う。

図９に示すように、過渡運転域ｃ２での予測回転数演算処理Ｍ２では、先に求められているイナーシャ（慣性モーメント）Ｉｅを有するトルコン（回転伝達機器）１３のポンプトルクＴｐをクランク軸５と出力軸１３１との回転差Δｎ（＝Ｎｅ−Ｎｐ）相当の値として不図示のマップより求める。更に、アクセル開度θａから目標エンジントルクＴｅを求める。更に、エンジン補機（例えば水ポンプ）の補機トルクＴａをエンジン回転数Ｎｅと出力軸１３１との回転差Δｎ（＝Ｎｅ−Ｎｐ）（ポンプ回転センサ７３からの値をあらかじめ取り込む）相当の値として不図示のマップより求める。
次いで、これらデータを（１）式
ΔＮβ＝＝（Ｔｅ−Ｔａ―Ｔｐ）／Ｉｅ×Δｔ×ｔｄ・・・・・・（１）
に代入する。

この（１）式では、目標エンジントルクＴｅから、補機トルクＴａとポンプトルクをＴｐを引いたものを、イナーシャＩｅで割って単位時間当たりの回転変化量（＝（Ｔｅ−Ｔａ―Ｔｐ）／Ｉｅ）を求める。それに遅れ時間ｔｄを掛けて実際の回転変化量ΔＮβを求めている。
このような過渡運転域ｃ２での回転変化量ΔＮβをデータ取得期間ｅｎ経過毎に、前回の予測回転数Ｎｅａに加算することで、即ち、過渡運転域ｃ２に入った際のエンジン回転数Ｎｅ１に各時点での回転変化量ΔＮβ（ｔｎ）相当の回転変動量ΔＮを順次加算して過渡時のエンジン回転数Ｎｅａ（←Ｎｅａ＋ΔＮβ（ｔｎ））を順次予測回転数Ｎｅａとして順次算出できる（図１０参照）。

次いでステップｓ６よりステップｓ７に達すると、今回の予測回転数Ｎｅａ相当の目標発電電圧Ｖｇをマップｍａｐ１（図６）を用い算出し、目標発電電圧Ｖｇｏを得るための予測の切換え位置Ｐｎｏ’を得るため、制御上は仮の目標位置Ｐｎｏに制御籠３８（発電量制御デバイス）を切換えるフィードフォーワード制御を行う。この際、直接、仮の目標位置Ｐｎｏに制御籠３８（発電量制御デバイス）を切換えるので、応答性良く、目標発電電圧Ｖｇが得られ、バッテリの定格電圧１４Ｖに対する変動幅の少ない、即ち、図１３に実線で示す、定格電圧１４Ｖに近い発電電圧Ｖａを得ることができる。

このように、図１のエンジンの発電制御装置では、定常運転域ｃ１でも過渡運転域ｃ２であっても制御籠３８（発電量制御デバイス）の差動遅れによる目標発電電圧のずれが打ち消され、目標発電電圧に対する実発電電圧の変動幅を抑制でき、適正な発電電圧維持制御を行うことができ、電気装置類の破損を防止できる。
更に、制御籠３８（発電量制御デバイス）を目標発電電圧相当の目標位置にフィードフォーワード制御で切換えるので、目標発電電圧のずれ（図１３中のｒ１）が打ち消され、目標発電電圧に対する実発電電圧の変動幅を抑制でき、適正な発電電圧を確保できる。

更に、ステップｓ５における定常運転域ｃ１での予測回転数演算処理Ｍ１を行うので、目標発電電圧を精度良く設定でき、特に、定常運転状態で精度良く設定でき、適正な発電電圧維持制御を行うことができる。
更に、ステップｓ６における過渡運転域ｃ２での予測回転数演算処理Ｍ２を行うので、過渡運転状態で予測回転数を的確に応答性よく演算でき、目標発電電圧を設定でき、適正な発電電圧維持制御を行うことができる。例えば、トルコン接続の場合、トルコン接続状態に応じた回転遅れを反映させ、予測回転数を応答性良く演算できる。

更に、ステップｓ４における定常運転域ｃ１か過渡運転域ｃ２かの判断に応じて、エンジン１が定常状態では予測回転数を精度良く演算でき、エンジン１が過渡状態では予測回転数を的確に応答性よく演算でき、目標発電電圧に対する実発電電圧の変動幅を抑制でき、回転変動が生じ易い車両等のエンジンに搭載された発電機の発電電圧維持制御を適正に行うことができる。

本発明の一実施形態としてのエンジンの発電制御装置を備えたエンジンの概略構成図である。 図１のエンジンに装備されるスタータダイナモ（発電機）の正面要部断面図である。 図１のエンジンに装備されるスタータダイナモ（発電機）の側面要部切欠断面図である。 図１のスタータダイナモ（発電機）の部分拡大切欠平面図である。 図１のエンジンの発電制御装置の概略配線図である。 図１のエンジンの発電制御装置の制御構成のブロック図である。 図１のスタータダイナモ（発電機）の部分拡大切欠図で（ａ）は基準位置を、（ｂ）は分離位置を説明する図である。 図１のエンジンの発電制御装置の定常運転域での制御特性説明線図である。 図１のエンジンの発電制御装置の過渡運転域での制御特性説明線図である。 図１のエンジンの発電制御装置の発電機回転数とアクセル変化速度等との関連を説明する特性線図である。 図１のエンジンの発電制御装置における発電制御ルーチンのフローチャートである。 エンジンの発電制御装置における発電機回転数と発電電圧の関連を示す特性線図である。 エンジンの発電制御装置における発電電圧の経時変化を説明する特性線図である。

符号の説明

１ エンジン
５ クランク軸
７ コントローラ
１０ 筒状体
１２ スタータダイナモ
３３ ステータコイル
３８ 制御籠（発電量制御デバイス）
３８２ 突状部
３９ バッテリ
４０ 全波整流器
Ａ１ エンジン制御手段
Ａ２ 回転数予測手段
Ａ３ 目標発電電圧設定手段
Ａ４ 発電制御手段（制御手段）
Ａ５ 駆動状態判定手段
Ａ６ データ算出手段
Ａ７ 回転変化量算出手段
Ｎｅａ 予測回転数
Ｐ１ 基準位置
Ｐ２ 分離位置
Ｐｎｏ 目標位置
Ｐｎｏ’ 予測の切換え位置
Ｖｇｏ 目標発電電圧

Claims (2)

1. エンジンの駆動に応じて発電する発電機と、
   前記発電機の発電量を増減させる発電量制御デバイスの応答遅れを見越して前記エンジンの回転数を予測する回転数予測手段と、
   前記回転数に応じて前記発電機の目標発電電圧を設定する目標発電電圧設定手段と、
   前記目標発電電圧に対する前記発電機の実発電電圧のずれを無くすよう前記発電量制御デバイスを制御する制御手段と、
   前記エンジンの駆動が定常と過渡のいずれの状態かを判定する駆動状態判定手段と、を備え、
   前記回転数予測手段は、
   前記駆動状態判定手段が定常状態であると判定したときには、所定のデータ取得期間中に得られた時間と、前記データ取得期間中での前記エンジンの実回転数の変化との関連データに基づき、前記データ取得期間後の前記回転数の予測を行い、前記駆動状態判定手段が過渡状態であると判定したときには、前記エンジンの出力トルク、前記エンジンに接続された動力伝達系部品の消費トルク、前記動力伝達系部品の慣性モーメントを用いて求めた前記エンジンの回転変化量に基づき、前記回転数の予測を行うことを特徴とするエンジンの発電制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの発電制御装置において、
   前記制御手段は、フィードフォーワード制御により前記制御を行うことを特徴とするエンジンの発電制御装置。

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